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2019-2020年高中化學 1.2《化學能與電能的轉化》教案 蘇教版選修4 【教學背景】 學習本節(jié)內容前，學生已經(jīng)對金屬活動性順序、氧化還原反應、電解質的電離、離子反應以及化學反應的能量變化等知識有了一定的了解，具備了學習電化學知識的基礎。本節(jié)內容理論性較強，涉及的化學原理與學生的生活經(jīng)驗有一定距離。教學時要注意把握知識內容的深廣度，利用生活中的有關化學能與電能的轉化的事例作為學習素材，激發(fā)學生的學習興趣，盡量給學生提供“做科學”的機會。 依據(jù)課程標準的要求，主要的學習目標是： 1. 通過實驗探究原電池中發(fā)生的反應，了解化學能向電能轉化的基本原理；進一步加深對氧化還原反應、金屬活動性順序、電解質溶液性質的理解，并能應用于解決實際問題。 2．學習分析、推理、歸納和總結的邏輯思維方法，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。 3．通過實驗和小組合作學習活動，提高合作學習的能力、體驗科學探究過程、培養(yǎng)科學態(tài)度和創(chuàng)新精神。 4．初步了解各類電池在生產、生活實際中的應用，重視理論與實際的聯(lián)系。 【案例設計】 設計思路 從學生的已有知識入手，用實驗探究活動組織課堂教學。教學程序是： 1．利用伏打電池的故事創(chuàng)設教學情景，提出關于化學能如何轉化為電能的問題，引入新課的學習。 2．通過原電池實驗幫助學生形成化學電池的感性認識，認識化學能可以通過化學反應轉化為電能；引導學生利用氧化還原反應知識分析實驗現(xiàn)象，了解原電池反應的基本原理，認識化學能轉化為電能的機理。 3．指導學生制作“水果電池”。進一步驗證、鞏固所學知識，開闊視野，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識。 4．延伸課堂，開展研究性學習。讓學生利用網(wǎng)絡、圖書館、找專家訪談，查詢有關資料，調查日常生活中常見電池的種類、使用范圍和性能；了解日常生活中廢棄舊電池對環(huán)境的危害。 教學過程 [創(chuàng)設學習情景] 觀看影像文件、交流討論，幫助學生發(fā)現(xiàn)、提出問題，引入學習課題： 1780年，意大利生物學家伽伐尼為給妻子看病，遵醫(yī)囑買了不少青蛙。當用金屬解剖刀觸動*近銅盤的青蛙腿皮時，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。他聯(lián)想起以前做經(jīng)典實驗時不慎觸電而使身體肌肉發(fā)生顫抖的情形，斷定青蛙的抽搐可能是受到電擊的結果。這偶然的現(xiàn)象并沒有被伽伐尼放過，經(jīng)過不懈的探索和思考，提出了“動物電”的概念。他認為青蛙神經(jīng)和肌肉是兩種不同的組織，帶有相反電荷，兩者存在電位差，一旦用導電材料將兩者接通，就有電流通過。由于有動物電流的刺激，蛙腿肌肉發(fā)生收縮。 “動物電”的發(fā)現(xiàn)引起了意大利物理學家伏打的極大興趣，經(jīng)過一番研究，他發(fā)現(xiàn)蛙腿只是起了顯示電流通過的作用，所謂特殊的“動物電”是不存在的。伏打指出，伽伐尼實驗中連接起來的是兩種不同的金屬和含有液體的青蛙肌肉。伏打把不同的金屬板連接后浸入一種電解液里，組成了第一個直流電源：用容器盛鹽水，把插在鹽水里的銅板、鋅板連接起來，電流就產生了。1800年3月20日伏打向倫敦英國皇家學會宣布了這個發(fā)現(xiàn)，第一個“人造電源”--- 伏打電池問世。 請思考下列問題： 1. 伽伐尼和伏打對“動物電”見解有何本質區(qū)別？ 3．兩種不同的金屬用導線連接，在一定條件下，為什么會產生電流？ 3．“伏打電池”的發(fā)明給你什么啟示？ [討論與交流] 學生議論，提出自己的看法，教師傾聽，不做結論。 [觀看演示實驗] 在燒杯中加入約2/3容積的稀硫酸，按下列步驟進行實驗，讓學生觀察并記錄實驗現(xiàn)象。 1．將一塊銅片和一塊鋅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中。 2．將一塊銅片和一塊鋅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中。 3．用導線把鋅片和銅片連接起來，插入盛有稀硫酸的燒杯中。 4．在鋅片和銅片的導線中間連接一個靈敏電流計，插入盛有稀硫酸的燒杯中。 [討論與交流] 組織學生討論以下問題，教師適時做啟發(fā)、引導。 1． 實驗步驟1或2（鋅片和銅片分別插入稀硫酸中）與實驗步驟3（用導線把鋅片和銅片連接起來，插入盛有稀硫酸的燒杯中）發(fā)生的現(xiàn)象有什么不同？ 2．為什么當鋅片與銅片連接后插入稀硫酸中，在銅片上有氣泡產生？Zn片和Cu片上可能各發(fā)生什么反應？ 3．靈敏電流計顯示有電流通過，電流是如何產生的？ [課件展示] 播放多媒體課件，總結討論，使學生認識鋅與氫離子的氧化、還原，怎樣產生電流，了解化學能如何通過化學反應轉化為電能。 在燒杯中加入稀H2SO4，溶液中有自由運動的H+、SO42-離子，Cu在溶液中不發(fā)生反應；Zn片插入溶液，Zn片上電子轉移到H+離子上，形成鋅離子（Zn2+）進入溶液，H+離子結合電子被還原，在Zn板上有氫氣放出。 用導線連接鋅片和銅片，Zn失電子形成鋅離子進入溶液，電子經(jīng)鋅電極通過導線、電流表流入銅電極。在Cu上，H+結合電子，還原生成氫氣。銅電極附近溶液中氫離子減少，硫酸根離子向鋅電極附近移動，鋅電極附近溶液中增加的鋅離子向銅電極附近移動，使電極和溶液形成電的回路。 [歸納與小結] 一、原電池反應 1．原電池的構成---用導線連接兩塊活動性不同的金屬極板插入電解質溶液 2．原電池的工作原理 在原電池中，較活潑的金屬極板發(fā)生氧化反應，電子經(jīng)導線從較活潑的金屬一極流向較不活潑的金屬極板，溶液中易得電子的陽離子在不活潑的金屬極板發(fā)生還原反應。 在原電池中，相對活潑金屬為負極，相對不活潑金屬(或石墨電極)為正極。 上述原電池發(fā)生的反應是： 在鋅電極（負極）：Zn - 2e→ Zn2+ 在銅電極（正極）：Zn - 2e→ Zn2+ 反應總方程式 Zn+2H+=Zn2++H2↑ 電子流（電流）方向：電子流從原電池的負極經(jīng)導線流向正極（電流從原電池的正極經(jīng)導線流向負極） [實踐活動] 水果電池的制作 1.實驗準備： 水果樣品（檸檬、番茄、桔子、葡萄或其它水果）、金屬（鐵絲、銅絲、鋅片或鋁片）、石墨電極、電鈴、燈泡、微安電流計、導線若干、小刀、pH試紙 2.學生分小組活動 鼓勵學生利用各種自備的水果、金屬片制作電池，用微安電流計或耳機測試是否能產生電流，比較電流的大小。若用小刀切開水果，使兩個極板分離，觀察電流是否消失，將水果重新合攏是否又產生電流？探究其原因。 學生設計實驗方案，教師參與活動并適時點撥、鼓勵、引導。 [討論與交流] 小組代表匯報說明實驗結果，交流發(fā)現(xiàn)的問題與解決方法。 [總結與評價] 師生共同評價各小組活動情況，表揚表現(xiàn)優(yōu)秀、有創(chuàng)新的小組，送給音樂賀卡，請打開賀卡，讓大家聽音樂。 說明水果電池的構成，為什么可以產生電流。讓學生獲得如下感悟：日常生活中有很多司空見慣的事實，其中都包含和聯(lián)系著豐富的化學知識，只要多觀察、勤動腦，可以通過有趣的實驗，探討它的化學原理。 [教師補充講解] 音樂賀卡只是原電池應用的一例。電池在生活、工農業(yè)生產和科學技術等方面有廣泛的用途，人們利用原電池原理，制作了多種電池。 二、化學電源 依據(jù)原電池的反應原理，人們發(fā)明并制造了多種多樣的化學電源?；瘜W電源有一次電池與二次電池之分。各種干電池是一次電池，用過之后不能復原。蓄電池是二次電池，在充電后能繼續(xù)使用。化學電源的能量轉化率是燃料燃燒所不可比擬的?；瘜W電源不僅在生活中得到了廣泛的應用，而且在高科技領域乃至航天技術中也是不可或缺的。 請結合生活經(jīng)驗和自己的了解，舉例說明在日常生活中哪些場合使用了化學電源。 [研究性學習課題] 從下列課題中選擇你感興趣的問題，自由組成學習小組開展研究性學習活動。 1.設計各種情況下觀察鋅與稀硫酸反應產生氫氣的速率，并探究其原因： （1）將一粒純鋅、一粒粗鋅與銅絲分別放入裝有稀硫酸的不同試管中，觀察氫氣產生的速率； （2）將銅絲取出，與純鋅粒接觸后放入裝有稀硫酸的試管中，觀察氫氣的出處及溶液有無顏色變化； （3）在鋅與稀硫酸反應的試管中，滴入少量硫酸銅溶液，觀察實驗現(xiàn)象。 2.（1）調查市場中不同種類電池的特點、性能與用途。（2）調查日常生活中廢舊電池的處理方式、對環(huán)境造成的危害。將調查結果與同學交流。 3.自由女神像經(jīng)過百年的風雨，也和人一樣經(jīng)?！吧　?。原來她的外殼材料是銅，而支撐雕像的內部支架卻是鋼鐵制成的，它們之間僅用一層浸油的毛氈隔開。年代久了，毛氈就失去了隔離作用，而大西洋潮濕的夾帶著鹽分的海風向自由女神不斷“攻擊”形成無數(shù)的微電池，加速了鐵的腐蝕，自由女神的“鐵骨”表面就一層一層地被銹蝕著。面對自由女神的腐蝕問題，應采取什么措施和方法？把你的建議上網(wǎng)發(fā)給美國紐約市長吧！ [課外作業(yè)] 建議使用以下部分習題： 1.根據(jù)Zn+2H+Zn2++H2↑的反應原理設計一個原電池，當Zn為負極時，正極可以選用的金屬材料是（ ）。 A.鎂 B.石墨 C.鋁 D.鉛 2.X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時，Y為電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為（ ）。 A．X＞Y＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X 3.在電工操作規(guī)程中規(guī)定不能把銅導線與鋁導線連接在一起，這其中的化學原理是 。 4.市場上出售的“熱敷袋”中含鐵屑、炭粉、木屑和少量氯化鈉、水等。熱敷袋起用前，用塑料袋與空氣隔絕。啟用時打開塑料袋，輕輕揉搓就會放出熱量?；卮鹣铝袉栴}： （1）熱敷袋產生的熱量來源是 。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入NaCl的作用是 。 5.生活中，有些金屬制品在使用一段時間以后，會失去表面的光澤，嚴重的會變得銹跡斑斑影響使用，尤其是鋼鐵制品，在潮濕的空氣里，很容易生銹。你知道這是什么原因嗎？ 【案例評析】 本案例的設計有以下特點： 1.教學情景設計生動有趣。 2.通過實驗探究、交流討論、課件演示等活動，讓學生在活動中實驗、思考、討論交流、在探究中學習。學生學得主動，能體驗科學探究的過程。 3.通過學生制作自己的“水果電池”，通過有個性的學習活動，鞏固所學知識。 4.提出研究性學習課題，指導學生進行課外學習，使學有余力，或對化學學科有興趣的